【摘要】：本文以液壓機械手作為實體控制對象,完成了機械及液壓系統(tǒng)的整體設計,闡述了環(huán)衛(wèi)液壓機械手的電液伺服閥控系統(tǒng)的結構組成及理論。主要針對機械手液壓驅動系統(tǒng)的電液伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)進行研究,在AMESim平臺下建立閥控非對稱液壓缸的液壓-機械系統(tǒng)模型,通過AMESim/Simulink進行聯(lián)合仿真分析,解決了電液伺服控制系統(tǒng)在AMESim平臺下難以建模的問題;針對電液伺服閥控系統(tǒng)存在的非線型性、參數(shù)時變性及液壓系統(tǒng)振蕩等問題,提出模糊PID控制算法進行系統(tǒng)性能優(yōu)化,重點對電液伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)進行研究。首先,根據(jù)工況要求完成了環(huán)衛(wèi)液壓機械手的機械本體結構,分析其動作要求所需的自由度及運動空間,確定機械手為5自由度關節(jié)型液壓機械手。選取多路閥控系統(tǒng)作為機械手液壓驅動,同時,將閉環(huán)位置控制系統(tǒng)作為液壓機械手的核心研究部分,并在AMESim平臺下進行仿真分析。其次,研究開發(fā)了電液伺服系統(tǒng)的位置閉環(huán)控制系統(tǒng),在AMESim平臺下建立閥控非對稱缸液壓系統(tǒng)模型。根據(jù)特定參數(shù),計算了液壓機械手的電液伺服系統(tǒng)傳遞函數(shù),并在MATLAB平臺下繪制bode圖,驗證系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。根據(jù)仿真結果,有針對性的提出對電液伺服系統(tǒng)性能的改善和研究方向。另外,分析伺服閥的主要性能指標,針對電液伺服閥閥控系統(tǒng)存在的非線型性、參數(shù)時變性和液壓系統(tǒng)振蕩以及外在擾動,研究模糊、PID控制器的控制原理和結構,通過分析比較各自的控制優(yōu)、缺點,提出了基于模糊PID控制的閥芯位置閉環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)化算法。最后,以機械大臂的閥控系統(tǒng)為研究對像,在AMESim環(huán)境下建立大臂的液壓控制系統(tǒng)模型,并進行系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真分析;針對電液伺服控制系統(tǒng)難以在AMESim下建模的問題,在MALAB/Simulnk模塊下,建立大臂電液位置伺服控制系統(tǒng)的模糊PID控制器模型,結合AMESim軟件進行聯(lián)合仿真,并對實驗結果進行分析校對。實驗結果表明,控制優(yōu)化效果明顯,系統(tǒng)響應速度顯著加快,位移誤差小于10%.,滿足預期效果。
[Abstract]:This paper takes the hydraulic manipulator as the entity control object, completes the whole design of the machinery and the hydraulic system, and expounds the structure composition and theory of the electro-hydraulic servo valve control system of the sanitation hydraulic manipulator. The electro-hydraulic servo closed-loop control system of manipulator hydraulic drive system is studied. The hydraulic mechanical system model of valve-controlled asymmetric hydraulic cylinder is established under the AMESim platform, and the joint simulation analysis is carried out through AMESim/Simulink. This paper solves the problem that it is difficult to model the electro-hydraulic servo control system under the AMESim platform, and puts forward a fuzzy PID control algorithm to optimize the performance of the electro-hydraulic servo valve control system, aiming at the problems of non-linearity, parameter time-varying and hydraulic system oscillation, etc. Emphasis is placed on the study of electro-hydraulic servo closed loop control system. Firstly, according to the requirements of the working conditions, the mechanical body structure of the sanitation hydraulic manipulator is completed, and the degree of freedom and motion space required for its movement are analyzed, and the manipulator is determined to be a 5-DOF joint type hydraulic manipulator. The multi-way valve control system is selected as the hydraulic drive of the manipulator. At the same time, the closed-loop position control system is taken as the core research part of the hydraulic manipulator, and the simulation analysis is carried out under the AMESim platform. Secondly, the position closed loop control system of electro-hydraulic servo system is developed, and the hydraulic system model of valve controlled asymmetric cylinder based on AMESim is established. According to the specific parameters, the transfer function of the electro-hydraulic servo system of the hydraulic manipulator is calculated, and the bode diagram is drawn under the MATLAB platform to verify the dynamic stability of the system. According to the simulation results, the performance improvement and research direction of electro-hydraulic servo system are put forward. In addition, the main performance indexes of servo valve are analyzed, and the control principle and structure of PID controller are studied, aiming at the nonlinearity, parameter time variation, hydraulic system oscillation and external disturbance of electro-hydraulic servo valve control system. By analyzing and comparing the advantages and disadvantages of each control, an optimization algorithm for the closed loop control system of valve core position based on fuzzy PID control is proposed. Finally, taking the valve control system of the mechanical arm as the research object, the hydraulic control system model of the arm is established under the AMESim environment, and the system stability is simulated and analyzed, aiming at the problem that the electro-hydraulic servo control system is difficult to model under AMESim. In the MALAB/Simulnk module, the fuzzy PID controller model of the electro-hydraulic position servo control system is established, and the simulation is carried out with the AMESim software, and the experimental results are analyzed and proofread. The experimental results show that the control optimization effect is obvious, the system response speed is accelerated significantly, and the displacement error is less than 10%, which satisfies the expected effect.
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP241

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本文編號：2262547